多層次開放實驗體系的教學實踐
——以“氧氣的制取與性質”為例

夏 蘭

（深圳市福永中學，廣東 深圳）

一、教材分析

該實驗是《義務教育化學課程標準（修訂稿）》明確規定的學生必做的八個基礎實驗之一，其價值在于：制取物質是化學學科魅力的核心體現。通過該實驗可以讓學生確立氣體制備的一般思路，感知原理選擇的原則，原理、裝置的制約關系。筆者選擇了上教版、魯教版、人教版三個版本的教材進行梳理和分析，發現基礎實驗在章節安排、方案選擇、藥品、步驟等方面不盡相同，體現一綱多本的特征。

表1 不同版本教材對“氧氣的制取和性質”的處理

二、學情分析

調查表明，學生正式學習化學前已形成大量的化學前概念，這些前概念中有些與科學概念一致，有些表現出與科學概念較大的差異。如初二學生已經知道空氣中含有氧氣、燃燒和氧氣有關，但也有部分學生認為氧氣可以燃燒、金屬不會燃燒。

能力儲備：學生會進行藥品取用、加熱、儀器的連接、裝置氣密性的檢查、氣體的收集以及氧氣性質實驗等簡單操作；會進行生物、物理等學科的簡單科學探究；初步具有概括能力。

心理特征：初中生對化學實驗有強烈好奇心，但由于同伴合作和多感官協調，實驗課堂易出現雜亂無序的狀態。且在實驗中，學生過多關注實驗操作、現象，對現象背后的知識和規律較少歸納思考。

鑒于以上的分析，確定本課的教學目標如下。

三、教學目標

基礎目標：觀看實驗演示，學習固體加熱裝置的使用，樹立科學嚴謹的思想。

提高目標：通過給定儀器，安裝氯酸鉀制氧實驗裝置、實施實驗、觀察現象，實現知識的歸納、遷移、構建，獲得實驗操作能力、觀察能力、語言表達能力和綜合分析能力。體驗物質變化的學科思想。

發展目標：通過進一步設計實驗方案，進行探究活動，讓學生逐步學會通過實驗來研究物質及其變化規律的科學方法。獲得自主、合作、探究的學習態度。

四、設計思路

設計分層次的開放實驗體系。為適應現代教育發展的需要，開放性實驗教學必將是化學教育的發展趨勢。但開放性實驗教學必須以熟練掌握學科基本實驗技能為前提，每一門實驗課程都必須在熟悉相關的儀器設備和掌握一定的基本實驗技能的基礎上，才能進行開放性實驗教學。因此，根據初中化學學科的特點，筆者在實踐中將實驗內容進行層次劃分，先強化基本實驗技能訓練，再逐步引入開放性實驗教學方法，即在不同的層次進行不同方式的實驗教學，總結出分層次開放性實驗教學模式。

表2 分層次開放性實驗教學模式

五、教學資源開發

（一）器材開發

儀器說明：制取實驗，改直試管為彎曲試管，氯酸鉀加熱制取氧氣；性質實驗，取消收集過程，直接使用尖嘴導管將氧氣通到反應物質上。

制取實驗：由于接下來的二氧化碳學生實驗會用到固液不加熱裝置，本實驗宜訓練固體加熱裝置的實驗方法。高錳酸鉀制取氧氣具有一定局限性，要求在管口塞棉花，制得的氧氣可能出現紅色，試管清洗很困難，氧氣的利用率低；速度也比較慢，一旦制取氧氣不足，沒有時間在課堂上重做一次實驗。可以考慮用氯酸鉀和二氧化錳的混合物來制取氧氣，速度快，節約學生制取氣體時間，也順便練習了催化劑的使用方法及相關現象。實驗操作：將A處放置氯酸鉀，B處放置二氧化錳，用酒精燈分別加熱，無現象；傾斜鐵架臺，將B處藥劑倒在A上，在二者結合處加熱，待反應開始進行，再在氯酸鉀集中處加熱。

表3 選擇氯酸鉀加熱法制氧的原因

性質實驗：鑒于集氣瓶操作不當會導致氧氣外逸實驗失敗，直接取消收集過程。且通過導管導氣直接應用，符合生活現象（氣焊、醫院吸氧），學生更易接受。以前的實驗，木炭放入集氣瓶中位置不當會造成產生的二氧化碳排擠氧氣的副作用，導致實驗現象稍現即逝的惋惜。而新儀器中導氣管處氧氣濃度很高，碳、鐵燃燒現象非常明顯。實驗操作：（1）將炭在酒精燈上加熱，用鑷子伸入裝了瓶石灰水的集氣瓶內放入燃燒匙中；（2）在炭上方通氧氣，觀察現象（澄清石灰水變渾濁現象非常明顯）。（3）將集氣瓶中的澄清改為的清水，改用硫、鐵重復實驗（硫燃燒完全沒有刺激性氣味）。

表4 用集氣瓶和導管進行性質實驗的比較

（二）文本開發

1.學生工作單：教師設計的學生活動。創設情境或提出問題，引導學生完成整節課的學習。特別注意的是，這不同于一般的導學案，工作單上還提供詳細的實驗步驟，將教師教授實驗改為學生參照指導、自行操作實驗。

2.安全指導：氧氣制取使用的都是強氧化劑，易引發爆炸，需要進行安全指導。將安全要求變為每次實驗的常規要求，既幫助學生樹立安全意識，又可以降低學生對實驗發生危險的恐懼心理。

3.參考答案單：教師設計的活動對應的各種方案。當教師無法提供太多教育支持時，學生能夠自行完成任務，也可以用來檢查對照他們自己的工作，或是幫他們回顧其他學生的工作。

六、教學實施

新課程標準提倡從學生和社會發展的需要出發，將科學探究作為課程改革的突破口，激發學生的自主性和創新意識，從而提高學生的科學素養。因此，這節課筆者是這樣安排的。

表5 教學過程

教師活動 學生活動 預設答案 設計意圖觀看視頻，同時關注學生工作單上的實驗操作指導和安全。播放高錳酸鉀加熱視頻。體會科學實驗的嚴謹性；發展能力：觀察、提取信息。（二）半開放實驗請兩人一組設計并搭建實驗裝置；每兩組合作，評價對方裝置的合理或者不合理的地方。參考高錳酸鉀裝置圖和實驗要點（學生工作單上提供），搭建裝置；評價。同伴合作，從一般到特殊；發展能力：比較、知識遷移、批判思維。對比高錳酸鉀裝置圖：需要處理為相同的：（1）試管口要略向下傾斜，防止水倒流后炸裂試管。（2）試管夾應夾持試管中上部。（3）導管伸入試管內要短。不同之處：高錳酸鉀需要棉花。修正裝置，按“查、裝、定、點、通”步驟進行實驗，根據表格記錄現象。補充小燒杯（裝水，根據氣泡判斷產氣量）、木條（檢驗氧氣）；教師進入小組指導實驗。查：檢查氣密性（用手捂或加熱）；裝：在彎管兩端分別放入氯酸鉀和二氧化錳；定：固定裝置；點：氯酸鉀、二氧化錳分別加熱，再混合加熱（此時尖嘴導管在燒杯中）；通：出現連續氣泡，檢驗氧氣，將氧氣通到加熱的木炭、硫和鐵絲上（后兩個在集氣瓶中進行）。知識再現（催化作用）、知識重構（金屬燃燒）發展能力：實驗操作。使用嚴謹科學語言表述；發展能力：歸納。提問實驗現象 展示表格 碳在氧氣中燃燒，發出紅色火焰（發出白色火焰、發白光）。（三）開放實驗6人一組，請自選或自擬課題，設計實驗；如果實驗沒有成功的同學，可以猜測失敗原因選擇課題課題1：二氧化錳的催化作用。課題2：氧氣濃度對物質燃燒劇烈程度的影響。課題3：氧氣濃度對燃燒溫度的影響。或其他課題。提高學習自由度，自主學習；理解概念的內涵和外延；發展能力：分析。教師進入小組指導學生在工作單上設計實驗；經老師同意后開始實驗。課題1：彎管一端氯酸鉀，一端二氧化錳，分別加熱，再混合加熱（彎管一端氯酸鉀和二氧化錳混合物，一端氯酸鉀，混合物反應完后再混合氯酸鉀）（彎管一端氯酸鉀和二氧化錳混合物，一端二氧化錳，混合物反應完后再混合二氧化錳）。課題2、3略。同伴合作、使用控制變量法設計實驗；發展能力：設計、實驗操作。布置作業：請將你的實驗現象拍攝下來，結合實驗設計，制作一份完整的實驗報告。使用照相機或手機拍照。延續性學習；發展能力：交流、電子設備使用。討論：金屬在氧氣中燃燒在生活中有什么應用？ 金屬切割、焊接等。 體驗科學價值；發展能力：知識遷移。

七、教學效果的評價

1.發展性

分層次開放實驗目前僅在大專院校實踐，且只是將眾多的實驗分組，這實際上還是將科學、精神人為割裂。在基礎教育中開展開放實驗，在一個實驗專題中嘗試不同層次的實踐，才是真正著眼于學生的“發展”。

2.可操作

一個完整的設計，包含三個層次的開放和在知識、能力、思維、學生體驗、學科思想五個維度進行考查，可以為教學活動提供科學的行動綱領。

3.實用性

開發了新的實驗儀器，實用性強，減少實驗步驟，減輕學生負擔，有助于學生將一部分精力放在知識構建和進行探究上。

4.高效能

學生工作單、參考答案單的引入，提高探究活動效率，且實現2人、4人、6人小組和全班合作的轉換，增加交流多樣性。